金属有机化学-精选文档.ppt
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1、金属有机化学-本讲稿第一页,共六十五页本章要点本章要点 金属有机化合物的结构和命名金属有机化合物的结构和命名 金属有机化合物的性质、稳定性和反应性金属有机化合物的性质、稳定性和反应性 过渡金属有机化合物的基元反应过渡金属有机化合物的基元反应 过渡金属有机化合物的催化循环过程过渡金属有机化合物的催化循环过程本讲稿第二页,共六十五页金属有机化学概述金属有机化学概述“生命力生命力”学说学说无机化学和有机化学的沟通无机化学和有机化学的沟通本讲稿第三页,共六十五页Zeise salt本讲稿第四页,共六十五页一些与金属有机化合物有关的反应一些与金属有机化合物有关的反应Sandmeyer reactionR
2、eformatsky reaction本讲稿第五页,共六十五页一些与金属有机化合物有关的反应一些与金属有机化合物有关的反应Ullmann reactionGatterman reaction本讲稿第六页,共六十五页血红素结构血红素结构本讲稿第七页,共六十五页叶绿素结构叶绿素结构本讲稿第八页,共六十五页维生素维生素B12本讲稿第九页,共六十五页金属有机化合物催化有机合成的发展金属有机化合物催化有机合成的发展本讲稿第十页,共六十五页因金属有机获诺贝尔化学奖的科学家因金属有机获诺贝尔化学奖的科学家Victor Grignard Paul Sabatier 19121912Karl Ziegler G
3、iulio Natta 19631963本讲稿第十一页,共六十五页Geoffrey Wilkinson Ernst Otto Fischer 19731973Georg Wittig Herbert C.Brown 19791979因金属有机获诺贝尔化学奖的科学家因金属有机获诺贝尔化学奖的科学家本讲稿第十二页,共六十五页20012001因金属有机获诺贝尔化学奖的科学家因金属有机获诺贝尔化学奖的科学家本讲稿第十三页,共六十五页20052005因金属有机获诺贝尔化学奖的科学家因金属有机获诺贝尔化学奖的科学家本讲稿第十四页,共六十五页有机金属化合物的分类有机金属化合物的分类主族金属有机化合物主族金属
4、有机化合物稀土金属有机化合物稀土金属有机化合物过渡金属有机化合物过渡金属有机化合物本讲稿第十五页,共六十五页金属有机化合物的命名金属有机化合物的命名P.206P.206207 207 共八个金属有机化合物共八个金属有机化合物本讲稿第十六页,共六十五页配体名称放在金属前面;配体名称放在金属前面;配体前要表示清楚配体配体前要表示清楚配体与金属配位的碳原子数以及碳原子在配体结构中与金属配位的碳原子数以及碳原子在配体结构中的位次,用系(或的位次,用系(或 )来表示参与配位的碳原子;)来表示参与配位的碳原子;配体之间的关系:如顺、反构型,内外构型以及配体与金属成键的情配体之间的关系:如顺、反构型,内外构
5、型以及配体与金属成键的情况(主要是指有桥式键合情况,以况(主要是指有桥式键合情况,以 表示);表示);先后次序为阴离子配体、中性配体、阳离子配体、金属;先后次序为阴离子配体、中性配体、阳离子配体、金属;在配体之间可以加或不加在配体之间可以加或不加“”“”,在金属前可加可不加,在金属前可加可不加“合合”。命名原则命名原则P.196P.196金属有机化合物的命名金属有机化合物的命名本讲稿第十七页,共六十五页命名举例命名举例顺顺-二(二(-二烷基膦二烷基膦)二羰基二羰基二环戊二烯合二铁二环戊二烯合二铁1,2,3,4-四系四系-1,3,5-环辛三烯三羰基铑环辛三烯三羰基铑P.196P.196本讲稿第十
6、八页,共六十五页金属有机化合物的结构金属有机化合物的结构根据金属根据金属碳成键的不同形式碳成键的不同形式含有含有(金属金属碳键)的化合物碳键)的化合物 离子键型离子键型 共价键型共价键型 缺电子键型缺电子键型金属有机化合物分成以下几类金属有机化合物分成以下几类本讲稿第十九页,共六十五页离子键型的金属元素离子键型的金属元素本讲稿第二十页,共六十五页电正性越大的金属元素电正性越大的金属元素和碳原子成键后的离子极性也越大和碳原子成键后的离子极性也越大离子键极性离子键极性MC之间的离子键和共价键的区别之间的离子键和共价键的区别MC之间的极性程度之间的极性程度本讲稿第二十一页,共六十五页离子键型的金属有
7、机化合物离子键型的金属有机化合物大多是白色的盐状晶体或无定型固体大多是白色的盐状晶体或无定型固体难溶于烃类等有机溶剂难溶于烃类等有机溶剂在非水溶剂中有导电现象在非水溶剂中有导电现象常见的化合物有乙基钠、乙炔钠、甲基锂等常见的化合物有乙基钠、乙炔钠、甲基锂等本讲稿第二十二页,共六十五页影响影响MCMC离子性强度的因素离子性强度的因素1 1、金属原子体积越大,离子性越强金属原子体积越大,离子性越强对同一族元素来说,原子序数越大对同一族元素来说,原子序数越大核外价电子受核束缚越弱,其电正性越大核外价电子受核束缚越弱,其电正性越大MCMC之间的离子键的极性也越强之间的离子键的极性也越强本讲稿第二十三页
8、,共六十五页2、碳原子杂化轨道不同,离子键的强度也不同、碳原子杂化轨道不同,离子键的强度也不同因为在碳的杂化轨道中,因为在碳的杂化轨道中,S成分越多成分越多碳的电负性就越大碳的电负性就越大相对相对MC之间的离子键的强度增加之间的离子键的强度增加影响影响MCMC离子性强度的因素离子性强度的因素本讲稿第二十四页,共六十五页3、碳上所连其他基团的影响碳上所连其他基团的影响碳上连有提高碳的电负性的碳上连有提高碳的电负性的O、F、Cl、Br、N、S等原子,等原子,MC键的强度就增加,键的强度就增加,而如果连有而如果连有H等降低碳电负性的原子,等降低碳电负性的原子,则离子键的强度相应就会减小。则离子键的强
9、度相应就会减小。影响影响MCMC离子性强度的因素离子性强度的因素本讲稿第二十五页,共六十五页共价键型共价键型此类金属有机化合物中,成键电子对由金属原子和此类金属有机化合物中,成键电子对由金属原子和碳原子各提供一个,形成典型的碳原子各提供一个,形成典型的 键键本讲稿第二十六页,共六十五页共价键型的金属元素共价键型的金属元素本讲稿第二十七页,共六十五页共价键的极性共价键的极性由于各种金属元素和碳之间的电负性不可能相等,由于各种金属元素和碳之间的电负性不可能相等,总是使总是使MC之间的共价键带有一点极性之间的共价键带有一点极性所以,共价键或多或少具有一定的极性所以,共价键或多或少具有一定的极性共价键
10、的共用电子对偏向电负性较强的原子共价键的共用电子对偏向电负性较强的原子本讲稿第二十八页,共六十五页共价键型的构型共价键型的构型 共价键型金属有机化合物的几何构型以及和碳原子基团相连共价键型金属有机化合物的几何构型以及和碳原子基团相连的个数取决于金属的外层价电子以及杂化轨道的形式,例如的个数取决于金属的外层价电子以及杂化轨道的形式,例如IIIA主族,外层电子为主族,外层电子为nS2,nP1,则成键以则成键以SP2简并的杂简并的杂化轨道与三个碳原子基团相连化轨道与三个碳原子基团相连其他主族或副族金属元素以各自的杂化轨道形式于碳原子其他主族或副族金属元素以各自的杂化轨道形式于碳原子基团相应成键,形成
11、不同构型的分子。基团相应成键,形成不同构型的分子。本讲稿第二十九页,共六十五页本讲稿第三十页,共六十五页缺电子键型缺电子键型这类金属有机化合物由于金属价电子不足,只能形这类金属有机化合物由于金属价电子不足,只能形成多中心的复合键类型成多中心的复合键类型例如金属有机化合物例如金属有机化合物(CH3)3Al,Al容易失去三个电容易失去三个电子成为子成为Al3+,在和碳原子进行共价成键时,其在和碳原子进行共价成键时,其3S和和3P轨道形成等价的轨道形成等价的SP3杂化轨道。杂化轨道。本讲稿第三十一页,共六十五页(CH3)3Al的成键情况的成键情况AlAl原子的电子构型:原子的电子构型:1 1S S2
12、 2 2S 2S2 2 2P 2P6 6 3S3S2 2 3P 3P1 1本讲稿第三十二页,共六十五页乙硼烷乙硼烷 B B2 2HH6 6 结构结构B原子电子构型:1S2 2S2 2P1C原子电子构型:1S2 2S2 2P2 本讲稿第三十三页,共六十五页CHCH3 3Li Li 的结构的结构是一种四聚体是一种四聚体有四中心双电子键有四中心双电子键一个四聚体中的带正电的一个四聚体中的带正电的LiLi和另和另一个四聚体的一个四聚体的CHCH3 3相互作用相互作用本讲稿第三十四页,共六十五页过渡金属的结构特点过渡金属的结构特点外层电子具有部分充满或全部充满的外层电子具有部分充满或全部充满的 d 轨道
13、,这一特轨道,这一特 征有征有别于其他金属元素别于其他金属元素在电子的能级上看,在电子的能级上看,nd 和和(n+1)s相差很小,所以相差很小,所以 过过渡金属渡金属 元素的电子充填是先填满元素的电子充填是先填满(n+1)s,再逐再逐 渐填渐填充充 nd,第五周期却有一定的反常,这是与电子之间的相互屏第五周期却有一定的反常,这是与电子之间的相互屏 蔽、蔽、排斥,以及原子核对电子吸引的程度大小不同等排斥,以及原子核对电子吸引的程度大小不同等 多种因素所多种因素所引起的复杂排布情况。引起的复杂排布情况。本讲稿第三十五页,共六十五页过渡金属有机化合物过渡金属有机化合物由于过渡金属有别于其他主族金属元
14、素所表由于过渡金属有别于其他主族金属元素所表现出来的一些性质,目前合成的绝大多数金现出来的一些性质,目前合成的绝大多数金属有机化合物并且应用于有机合成反应上的属有机化合物并且应用于有机合成反应上的都是过渡金属有机化合物都是过渡金属有机化合物本讲稿第三十六页,共六十五页d n指过渡金属原子中指过渡金属原子中 d 轨道的价电子数,即轨道的价电子数,即 n 价电子总价电子总数数 NVE(Number of Valence Electron)过渡金属的化学性质往往取决于它们所具有的过渡金属的化学性质往往取决于它们所具有的 d 电子电子数,数,NVE的计算要将的计算要将(n+1)s的电子也算上,主要就的
15、电子也算上,主要就是它们的能级近似,在失去电子的过程中都有成为决是它们的能级近似,在失去电子的过程中都有成为决定化学价的得失电子中的一分子定化学价的得失电子中的一分子本讲稿第三十七页,共六十五页FeFe的最外层电子为的最外层电子为 3 3d d 6 6,4s 4s 2 2,其其 NVE NVE 为为 8 8,习,习惯上就称为惯上就称为 d d 8 8 元素元素NVE 示例示例NiNi的最外层电子排布为的最外层电子排布为3 3d d 8 8,4s 4s 2 2,其其NVENVE为为1010,习,习惯上称为惯上称为d d 10 10 元素元素本讲稿第三十八页,共六十五页氧化态氧化态表示与金属原子进
16、行配位而形成表示与金属原子进行配位而形成 键的配体之间由于电负性差键的配体之间由于电负性差异而使成键的共用电子对被指定留给电负性更大的配体后仍异而使成键的共用电子对被指定留给电负性更大的配体后仍留在金属原子上的电荷数留在金属原子上的电荷数或者金属和金属之间键断裂之后留在金属上的电荷数氧或者金属和金属之间键断裂之后留在金属上的电荷数氧化态就具有正负之分化态就具有正负之分氧化态的数值并不代表真正意义上的电子得失氧化态的数值并不代表真正意义上的电子得失没有一个物理化学概念上的明确含义没有一个物理化学概念上的明确含义本讲稿第三十九页,共六十五页氧化态的确定氧化态的确定氧化态的确定有人为所定的一些规则:
17、氧化态的确定有人为所定的一些规则:金属原子的基态金属原子的基态 d 电子构型是零级氧化态;电子构型是零级氧化态;如果与金属原子相连的配体的电负性比金属大,则金属原子就成为如果与金属原子相连的配体的电负性比金属大,则金属原子就成为金属离子,金属离子带一个正电荷,电子构型为金属离子,金属离子带一个正电荷,电子构型为 d n-1,这时氧化态为这时氧化态为 1;如果金属原子以络离子形式存在,如果其带一个负电荷,电子构型为如果金属原子以络离子形式存在,如果其带一个负电荷,电子构型为d n+1,氧化态为氧化态为 1;而当其带一个正电荷时,则氧化态为;而当其带一个正电荷时,则氧化态为 1;偶数碳原子键合的配
18、体对金属的氧化态无影响,如乙烯、丁二烯、偶数碳原子键合的配体对金属的氧化态无影响,如乙烯、丁二烯、苯环等;而带奇数碳原子键合的配体对金属的氧化态贡献一个单位,苯环等;而带奇数碳原子键合的配体对金属的氧化态贡献一个单位,如烯丙基;某些给电子配体则视为中性配体对氧化态无贡献,如如烯丙基;某些给电子配体则视为中性配体对氧化态无贡献,如CO、R3N、Ph3P、RCN、RNC、NO等。等。本讲稿第四十页,共六十五页氧化态示例氧化态示例Ni(CO)4:CO为中性配体,所以为中性配体,所以 Ni 的氧化态为零的氧化态为零(PPh3)2PtCl2:Ph3P 为中性配体,为中性配体,Cl-带一个负电荷,带一个负
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